420MPa级汽车车轮用钢及其生产方法
【专利摘要】本发明公开了一种抗拉强度在420MPa级汽车车轮用热轧钢及其生产方法。该钢的化学成分按重量百分比计为：C：0.05～0.09％，Si≤0.15％，Mn：0.50～0.90％，P≤0.020％，S≤0.008％，Als：0.020～0.060％，Nb：0.010～0.025％，余量为Fe及不可避免的杂质。其生产方法，按通常纯净钢工艺进行，包括转炉冶炼、LF炉精炼、连铸、铸坯加热、轧制、层流冷却、卷取、精整的步骤。该钢具有良好的加工成型性能，而且其制备方法操作操作简单，能耗低。
【专利说明】420MPa级汽车车轮用钢及其生产方法
【技术领域】
[0001]本发明属于汽车用钢【技术领域】，具体是指一种抗拉强度在420MPa级汽车车轮用热轧钢及其生产方法。
【背景技术】
[0002]随着我国汽车行业的迅猛发展，作为汽车主要构件之一的车轮，其设计和制造水平也随之不断升级。现代化的汽车车轮不仅要求坚固耐用，外形美观，同时出于节能降耗的考虑，越来越采用轻便复杂化的设计，从车轮设计上更趋于复杂，因此也要求制造车轮用的钢材具有良好的成型性能，能够满足车轮零件在冲压成型时复杂变形的要求。
[0003]经初步检索，专利申请号为200710158965.3的发明专利，公开了一种车轮钢及其冶炼方法，用于车辆车轮。其成分含量为:C为0.09~0.12%,Si为0.10~0.15%,Mn为0.85 ~1.00%, Nb 为 0.005 ~0.05%, P ≤ 0.012%, O ≤ 0.005%, S ≤ 0.012%，余量为Fe和不可避免的杂质。其工艺特征是，通过铁水预处理、转炉冶炼和炉外精炼及常规轧制步骤冶炼成该车轮 钢。从成分设计上看，该申请的碳元素含量相对较高，硫元素含量较高，对钢材的成型性能有较大影响，会导致钢材在加工成车轮的过程中容易出现开裂现象。
【发明内容】
[0004]本发明主要的目的在于提供一种抗拉强度在420MPa级汽车车轮用热轧钢及其生产方法，该钢具有良好的加工成型性能，而且其制备方法操作操作简单，能耗低。
[0005]为实现上述目的，本发明的420MPa级汽车车轮用钢，其化学成分按重量百分比计为:C:0.05 ~0.09%, Si ≤0.15%, Mn:0.50 ~0.90%, P ≤0.020%, S ≤0.008%, Als:0.020~0.060%, Nb:0.010~0.025%，余量为Fe及不可避免的杂质。
[0006]优选地，所述420MPa级汽车车轮用钢的化学成分按重量百分比计为:C:0.07~0.08 %, Si ≤ 0.12 %, Mn:0.60 ~0.75 %，P ≤ 0.015 %，S ≤0.008 %, Als:0.040 ~0.050%, Nb:0.010~0.025%，余量为Fe及不可避免的杂质。
[0007]本发明的420MPa级汽车车轮用钢的生产方法，按通常纯净钢工艺进行，包括转炉冶炼、LF炉精炼、连铸、铸坯加热、轧制、层流冷却、卷取、精整的步骤，其特殊之处在于:
[0008]在LF炉精炼处理时，按照0.65~0.75Kg/t钢加入Si—Ca线，加入速度为250~300m/min ；
[0009]铸坯加热温度控制在1230~1270°C ；
[0010]控制粗轧结束温度在1060~1100°C，控制精轧终轧温度在830~870°C ；
[0011]层流冷却时首先按照第一冷却速度为20~35°C /s进行冷却，当冷却到温度为650~700°C时，再按照第二冷却速度为10~15°C/s进行冷却，冷却到580~620°C，并控制冷却水水温在15~35°C ；
[0012]卷取温度在580~620°C。
[0013]本发明420MPa级汽车车轮用钢中各元素含量控制的机理及作用和生产过程中工艺参数设置原理如下:
[0014]碳:碳是廉价的固溶强化元素。根据本钢种的应用范围，主要用于加工汽车车轮等零件，要求材料在满足强度要求的同时，具有良好的延伸率和成型性能。如果其含量小于
0.05%，则不能满足材料强度的要求；如果其含量大于0.09%，则不能满足材料的良好成型性能。所以，将其含量限定在0.05~0.09%范围，优选为0.07~0.08%。
[0015]硅:硅是廉价而有效的钢液脱氧元素。添加低于0.15%的硅是为了维持母材强度、进行预脱氧，如果其含量超过0.15 %，则会恶化热轧钢板的表面质量，影响车轮零件的外观，所以，将其含量限定在0.15%以下，优选为< 0.12%。
[0016]锰:锰是提高强度和韧性最有效的元素。如果其含量小于0.50%，则不能满足材料强度要求；但是添加多量的锰，会导致增加钢的淬透性，由于焊接硬化层的出现而使裂纹敏感性增高，且增加钢材的合金成本。鉴于此，将其上限定为0.90%，所以，将其含量限定在
0.50~0.90%范围，优选为0.60~0.75%。
[0017]磷:为了避免材料的焊接性能、冲压成形性能、韧性、二次加工性能发生恶化，设定其含量上限为0.020%。所以将其含量控制在0.020%以下，优选为0.015%以下。
[0018]硫:硫 是非常有害的元素。钢中的硫常以锰的硫化物形态存在，这种硫化物夹杂对钢的冲击韧性是十分不利的，并造成性能的各向异性，因此，需将钢中硫含量控制得越低越好。基于对钢板冲压成形工艺和制造成本的考虑，拟将钢中硫含量控制在0.008%以下。
[0019]铝:铝是为了脱氧而添加的，当Als含量不足0.020%时，不能发挥其效果；另一方面，由于添加多量的铝容易形成氧化铝团块，所以，规定Als上限为0.060%。因此，Als含量限定在0.020~0.060%范围，优选为0.040~0.050%。
[0020]铌:铌主要通过细化晶粒和沉淀析出强化来提高钢的强度，是强烈的碳、氮化合物形成元素，在钢中主要以Nb(C、N)形式存在，阻止奥氏体晶粒的长大，最终使铁素体晶粒尺寸变小，细化组织。当其含量低于0.010%时，不能满足材料高强度的要求；而加入的铌高于0.025%时，已能满足其强度与成型性能的要求，若再添加，合金成本会显著上升。所以，根据钢种的性能目标要求，将其含量限定在0.010~0.025%范围。
[0021]除了对以上化学成分的范围作了限定以外，从提高焊接性、经济性的观点出发，本发明未添加Cu、N1、Cr、Mo等贵重合金元素。
[0022]本发明的生产方法中，进行分段轧制，并控制粗轧结束温度在1060~1100°C，控制精轧终轧温度在830~870°C也是本发明的关键工序。这是因为，对于本发明组分的钢，如果粗轧结束温度低于1060°C，则无法保证精轧终轧温度达到设定值，增大轧制负荷，增加能耗；如高于1100°C，则会产生较多的氧化铁皮，影响钢材的表面质量。如果精轧终轧温度低于830°C，则会在材料的二相区内进行轧制，造成混晶等缺陷；如高于870°C，则钢材的原始奥氏体晶粒会过于粗大，降低钢材的强度。
[0023]本发明工艺采用变速冷却进行层流冷却，即首先按照冷却速度为20~35V /秒进行冷却，是为了在材料的再结晶晶粒还未开始长大时及时进行冷却，避免产生粗大的组织，使材料获得细小的金相组织；当冷却到温度为650~700°C时，再按照冷却速度为10~15°C /秒进行冷却，冷却到580~620°C，这样有利于等到均匀的金相组织，使碳化物等析出物能够均匀弥散分布在钢基中，保证材料具备良好的成型性能。
[0024]本发明与现有技术相比，所生产的车轮钢在具有下屈服强度ReL ^ 290Mpa，抗拉强度Rm达到420~520MPa之间，伸长率A≥28%的同时，其扩孔率达到130%以上(含130% )，具有良好的成型性能。
【专利附图】
【附图说明】
[0025]图1为本发明420MPa级汽车车轮用钢金相组织图。
【具体实施方式】
[0026]下面结合附图和具体实施例对本发明420MPa级汽车车轮用钢予以详细说明。
[0027]各实施例所选420MPa级汽车车轮用钢的化学成分按重量百分比计如表1所示(余量为Fe及不可避免的杂质)；
[0028]
【权利要求】
1.一种420MPa级汽车车轮用钢，其特征在于，它的化学成分按重量百分比计为:C:0.05 ~0.09%, Si ^ 0.15%,Mn:0.50 ~0.90%，P ≤ 0.020%，S ≤0.008%,Als:0.020 ~0.060%, Nb:0.010~0.025%，余量为Fe及不可避免的杂质。
2.根据权利要求1所述的420MPa级汽车车轮用钢，其特征在于，它的化学成分按重量百分比计为:C:0.07 ~0.08 %，Si ≤ 0.12 %，Mn:0.60 ~0.75 %，P ≤ 0.015 %，S≤0.008%,Als:0.040~0.050%,Nb:0.010~0.025%，余量为Fe及不可避免的杂质。
3.一种420MPa级汽车车轮用钢的生产方法，按通常纯净钢工艺进行，包括转炉冶炼、LF炉精炼、连铸、铸坯加热、轧制、层流冷却、卷取、精整的步骤，其特征在于: 所述LF炉精炼处理时，按照0.65~0.75Kg/t钢加入Si — Ca线，加入速度为250~300m/min ； 所述铸坯加热温度控制在1230~1270°C ； 所述轧制时，粗轧结束温度在1060~1100°C，精轧终轧温度在830~870°C ； 所述卷取温度在580~620°C。
4.根据权利要求3所述的420MPa级汽车车轮用钢的生产方法，其特征在于:所述层流冷却时首先按照 第一冷却速度为20~35°C /s进行冷却，当冷却到温度为650~700°C时，再按照第二冷却速度为10~15°C /s进行冷却，冷却到580~620°C。
5.根据权利要求3所述的420MPa级汽车车轮用钢的生产方法，其特征在于:所述层流冷却时，冷却水水温在15~35°C。
【文档编号】C21D8/02GK104032215SQ201410238359
【公开日】2014年9月10日 申请日期:2014年5月30日 优先权日:2014年5月30日
【发明者】刘斌, 赵江涛, 周祖安, 刘永前, 王立新, 彭涛, 杨海林, 黄成红 申请人:武汉钢铁(集团)公司